[发明专利]一种采用扰动补偿的抛物线趋近律的离散重复控制方法

说明书

一种采用扰动补偿的抛物线趋近律用于电机伺服系统的离散重复控制方法，其中给定模块产生周期性的参考信号，构造周期反馈环节，提出一种抛物线趋近律，并在该趋近律中引入等效扰动补偿；基于抛物线趋近律构建理想切换动态，并依据理想切换动态设计控制器，将当前计算得到的信号作为伺服系统的输入；具体的控制器参数整定可依据表征系统收敛性能指标进行，且给出了表征系统收敛过程的单调收敛层边界，绝对收敛层边界和拟滑模带边界的计算公式。本发明提供的带有等效扰动补偿的抛物线趋近律的重复控制器，能够提高系统的跟踪精度且对存在的周期扰动完全抑制。

技术领域

本发明涉及一种采用扰动补偿的抛物线趋近律的离散重复控制方法，用于电机伺服系统的位置精确控制，也适用于其他含有周期运行过程的工业场合。

背景技术

重复控制以跟踪误差信号来修正前时刻的控制器，形成当前时刻的控制器输入，故重复控制具有完全抑制周期性干扰，实现精确控制的特点。目前重复控制方法在各种高精度伺服电机驱动系统中得到了广泛的应用。

重复控制技术是基于内膜控制的一种控制方法。所谓的内膜原理就是，当把某信号看成是一个自治系统的输出，并把该信号的模型“嵌入”在稳定的闭环系统中，被控的输出量能够完全跟踪参考信号。因此，依据内膜原理设计控制器，就需要构造一个周期T的周期参考内膜它可由以这个含周期时延(e^-Ts)的正反馈回路实现，不考虑输入信号的具体形式，只要给定初始段信号，内模模块就会对输入信号逐周期累加，重复输出与上周期相同的信号。

以趋近律方法设计确定性系统的滑模控制器，设计过程清晰，控制器参数调整方法明确，易于实现；但对于不确定系统，采用同一趋近律进行控制器设计，所导致的切换动态依赖于不确定性项，不确定性项对于切换动态的影响程度决定了系统的控制性能。这样，需要对趋近律进行修正，将干扰抑制措施“嵌入”切换动态中，以获得理想切换动态，以能使趋近律方法适用于不确定系统。设计离散控制器时，刻画跟踪误差瞬态和稳态行为的指标可由理想切换动态给出，具体有下述三个指标：单调收敛层边界、绝对收敛层边界和拟滑模带边界。实际上，三个指标的具体取值依赖于控制器参数，控制器参数不同，三个指标的取值也不同。一旦给定理想切换动态形式，可预先给出三个指标的具体表达式，用于控制器参数整定。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种采用扰动补偿的抛物线趋近律用于电机伺服系统的离散重复控制方法，为使得闭环系统具有预先设定的期望误差跟踪性能，且能有效抑制抖振，提出一种新颖的趋近律——抛物线趋近律，并依据此趋近律构造的理想切换动态设计电机伺服重复控制器。在实现对周期干扰成分完全抑制的同时，又考虑到扰动存在非周期成分，在闭环系统中引入等效扰动补偿来抑制非周期性干扰，以提高控制性能，使得电机伺服系统实现高速、高精度跟踪。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种采用扰动补偿的抛物线趋近律用于电机伺服系统的离散重复控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

1)电机伺服系统方程模型

e(k+1)＝Ae(k)+b(u(k)+w(k)) (1)

其中，e(k)，e(k+1)表示伺服系统在k，k+1时刻的跟踪误差变量，u(k)表示伺服系统k时刻的控制变量，w(k)表示伺服系统在k时刻的干扰信号，A表示伺服系统矩阵，b表示系统的控制系数；

2)给定周期参考信号，满足

r(k)＝r(k-N) (2)

其中，N表示参考信号的周期，r(k)、r(k-N)表示伺服系统在k、k-N时刻的参考信号；

3)定义跟踪误差

e(k)＝y(k)-r(k) (3)

其中，y(k)表示伺服系统在k时刻的系统输出信号；